Дисперсия света.

Рассеяние света.

Поглощение света.

Явление уменьшения энергии света при его распространении в веществе, происходящее вследствие преобразования энергии электромагнитного поля в внутреннюю энергию вещества или в энергию вторичного фотолюминисцентного излучения (с другим набором частот и с другим направлением распространения).

Поглощение света веществом описывается законом Бугера:

 

I = I₀ exp(-αx)(2.1)

Здесь I₀ – интенсивность на входе в вещество, α – коэффициент поглощения вещества, зависящий от длины волны света, химического состава и состояния среды; x – толщина слоя среды; I – интенсивность на выходе. Коэффициент поглощения α – величина, обратная пройденному светом в среде расстоянию, на котором интенсивность плоской монохроматической волны уменьшается в е=2,718 раз. Зависимость α от длины волны света λ для диэлектриков определяет спектр поглощения – набор поглощаемых частот. Это связано с явлением резонанса при вынужденных колебаниях частиц диэлектрика.

 

Рассеяние света – это дифракция на мелких неоднородностях среды. Такие неоднородности есть в дыме, тумане, запылённом воздухе, так называемых мутных средах. В этом случае показатель преломления нерегулярно изменяется от точки к точке.

Рассеяние - это такое преобразование света веществом, которое сопровождается изменением направления распространения волны и проявляется как несобственное свечение вещества. Частицы неоднородной среды являются источниками вторичных волн, но они некогерентны и не могут интерферировать, поэтому оптически неоднородная среда рассеивает свет по всем направлениям. Если неоднородности среды меньше длины волны света, то справедлив закон Рэлея:

I~1/λ⁴ (2.2)

По закону Рэлея интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвёртой степени частоты.

 

Дисперсией света называется зависимость фазовой скорости света в среде от его частоты. Согласно классической электронной теории дисперсии, свет «раскачивает» электроны в атомах вещества, которые периодически смещаются и тем самым вызывают периодическое изменение поляризованности среды. Зная закономерности вынужденных колебаний, а также особенности поляризации диэлектрика, можно получить следующую формулу для показателя преломления вещества:

n=1+A(ν₀²-ν²)/[ (ν₀²-ν²)²+β²ν²] (4.1)

 

Здесь A=2πNe²/m, N – концентрация атомов, e – заряд электрона, m – масса электрона. Зависимость n от ν нелинейная и немонотонная (см. график). Область с положительной производной dn/dν соответствует так называемой нормальной дисперсии, когда показатель преломления растёт с возрастанием частоты. При отрицательной производной dn/dν дисперсия называется аномальной (велико поглощение света).